Pollen jak naturalny antybiotyk: nowa broń w obronie pszczół i plonów

Naukowcy wskazują zaskakującego sprzymierzeńca.

Badacze z USA przyjrzeli się uważnie temu, co pszczoły przynoszą na odnóża z kwitnących roślin. Okazało się, że w ziarnach pyłku kryje się niewidoczna armia pożytecznych bakterii, zdolnych produkować silne, a przy tym naturalne „antybiotyki” przeciw chorobom pszczół i wielu istotnych gatunków roślin uprawnych.

Pszczoły pod presją chorób i rolnictwa przemysłowego

Pszczoły miodne odpowiadają za zapylanie ogromnej części roślin uprawnych – od sadów po warzywniki. Bez ich pracy spadłyby zbiory, a ceny żywności szybko by wzrosły. Tymczasem ule coraz częściej pustoszeją, a całe rodziny owadów załamują się w ciągu jednego sezonu.

Powód nie sprowadza się do jednego czynnika. W ulach wykryto już ponad trzydzieści różnych patogenów: wirusy, bakterie, grzyby i pasożyty. Do tego dochodzą pestycydy, uboga baza kwiatowa na terenach rolniczych oraz stres cieplny związany z ocieplaniem klimatu. Klasyczne leczenie, w tym antybiotyki stosowane przez część pszczelarzy, coraz częściej przegrywa z problemem oporności drobnoustrojów.

Przeczytaj również: Warzywa, które same odrastają: jak założyć niemal samoobsługowy ogródek

Właśnie w tym kontekście zespół z Washington College i Uniwersytetu Wisconsin-Madison postanowił poszukać rozwiązań nie w laboratorium chemicznym, ale w samym ulu – a dokładniej w zapasach pyłku.

Pyłek w ulu to nie tylko białko, ale i żywe laboratorium

Pszczoły miodne gromadzą w plastrach znaczne ilości pyłku, który po zmieszaniu z nektarem i enzymami tworzy tak zwany pierzga – podstawowe źródło białka dla larw i dorosłych owadów. Przez lata traktowano te zapasy głównie jako „magazyn jedzenia”. Najnowsze badania pokazują, że to uproszczenie.

Przeczytaj również: 3 mało znane rośliny okrywowe, które przez cały rok zachwycają kolorem i ożywiają każdy ogród

Naukowcy wyizolowali z pyłku roślin i z pyłku przechowywanego w ulu 34 różne szczepy promieniowców – to grupa bakterii znana z tego, że w naturze produkuje ogromną liczbę związków przeciwdrobnoustrojowych. Aż 72 procent z nich należało do rodzaju Streptomyces, prawdziwej kopalni naturalnych substancji o działaniu podobnym do antybiotyków.

Te same typy bakterii badacze znaleźli na kwiatach, na ciałach zbieraczek i w samych ulach. To mocny sygnał, że pszczoły w czasie lotów nieświadomie przenoszą ze sobą całe społeczności mikroorganizmów, a nie tylko pyłek.

Przeczytaj również: Zapomnij o trawniku: ta niska bylina tworzy pachnący dywan i zniechęca komary

Im większa różnorodność roślin w otoczeniu ula, tym większe bogactwo pożytecznych bakterii w pyłku. Monokultury wyjaławiają nie tylko krajobraz, ale i ten niewidoczny mikrobiologiczny „bufor bezpieczeństwa”.

Dlaczego różnorodność kwiatów ma znaczenie

Każdy gatunek rośliny rozwija własne, specyficzne mikrobiomy na liściach, łodygach i właśnie w kwiatach. Kiedy pszczoły omijają dzikie łąki, a lądują praktycznie wyłącznie na rzepaku czy kukurydzy, zawężają także pulę kontaktów z bakteriami, które mogłyby im pomagać.

Jeśli pasieka stoi na granicy lasu, łąki i sadu, pyłek z takiego miejsca zawiera zwykle znacznie bogatszy zestaw mikroorganizmów. Badacze sugerują, że ten niewidoczny element krajobrazu wprost przekłada się na zdolność rodzin pszczelich do radzenia sobie z chorobami.

Naturalne substancje z pyłku kontra choroby pszczół i roślin

Kolejny krok badań polegał na sprawdzeniu, jak wyizolowane bakterie radzą sobie w bezpośrednim starciu z groźnymi patogenami. Uczeni przeprowadzili tak zwane testy konkurencyjne: zestawiali kultury Streptomyces z sześcioma dobrze znanymi wrogami pszczół i roślin uprawnych.

• Trzy patogeny atakujące pszczoły: Aspergillus niger, Paenibacillus larvae, Serratia marcescens.
• Trzy patogeny roślin: Erwinia amylovora, Pseudomonas syringae, Ralstonia solanacearum.

Wynik był jednoznaczny: praktycznie wszystkie testowane szczepy Streptomyces wyraźnie hamowały wzrost grzyba Aspergillus niger, który wywołuje u pszczół groźną chorobę czerwiu znaną jako „stonebrood”. Larwy zaatakowane przez ten patogen obumierają, twardnieją i dosłownie zamieniają się w coś przypominającego małe, ciemne kamyki.

Część bakterii z pyłku skutecznie ograniczała też rozwój Paenibacillus larvae, odpowiedzialnej za zaraźliwą i śmiertelną chorobę zwaną zgnilcem amerykańskim. To jedna z najbardziej obawianych dolegliwości w pasiekach, często kończąca się koniecznością spalania całych uli.

W przypadku roślin badacze obserwowali silne zahamowanie patogenów wywołujących m.in. zarazę ogniową drzew owocowych, bakteryjne plamistości oraz groźne więdnięcia i zgnilizny systemów korzeniowych. Uderza fakt, że te same mikroorganizmy z pyłku potrafią jednocześnie wspierać zdrowie pszczół i roślin, na których one żerują.

Analiza chemiczna wykazała, że bakterie z pyłku produkują całe koktajle związków bioaktywnych o szerokim spektrum działania, a przy tym relatywnie niskiej toksyczności dla organizmów niebędących celem.

Co dokładnie produkują bakterie z pyłku

Wśród wykrytych substancji znalazły się:

• PoTeMs – złożone makrolaktamy o silnym działaniu przeciwdrobnoustrojowym,
• surugamidy – cykliczne peptydy znane z aktywności przeciw różnym bakteriom,
• loboforyny – związki o działaniu antybakteryjnym i przeciwgrzybiczym,
• różne siderofory – molekuły „wychwytujące” żelazo, które ograniczają dostęp tego pierwiastka patogenom.

Takie połączenie czyni z bakteryjnego „parasola” w pyłku bardzo elastyczną tarczę, zdolną reagować na wiele różnych zagrożeń jednocześnie. Z punktu widzenia pszczelarzy i rolników to ogromna zaleta – jedna grupa naturalnych sprzymierzeńców działa na kilka frontów naraz.

Rośliny, mikroby i pszczoły – ukryty sojusz

Naukowcy postanowili sprawdzić, skąd właściwie biorą się te pożyteczne Streptomyces. Analiza genomów pokazała, że nie są to przypadkowi „pasażerowie na gapę” z gleby. To typowe endofity, czyli bakterie żyjące wewnątrz tkanek roślin, od liści po korzenie.

W ich DNA wykryto m.in. geny odpowiedzialne za:

To wszystko składa się na obraz ciasno splecionej relacji: roślina żywi bakterie i daje im schronienie, one z kolei pomagają jej w walce z patogenami i stresem środowiskowym. Kiedy kwiat pyli, część tych mikroskopijnych sprzymierzeńców trafia do pyłku.

Pszczoły, odwiedzając takie kwiaty, zbierają nie tylko bogaty w białko proszek, ale i cały zestaw „dobrych” bakterii. Po powrocie do ula wszystkie te mikroorganizmy lądują w komórkach plastra razem z pyłkiem. W ten sposób w środku ula powstaje mikrobiologiczna sieć ochronna, napędzana energią słońca, nektaru i pracy zbieraczek.

Szansa na bardziej przyjazne pszczołom i ludziom rolnictwo

Obecnie w walce z chorobami pszczół wciąż używa się kilku antybiotyków, takich jak oksytetracyklina czy tylozyna. Badania od lat pokazują, że takie leczenie może zaburzać florę bakteryjną jelit owadów, sprzyjać narastaniu oporności, a w skrajnych sytuacjach prowadzić do wykrywalnych pozostałości w wosku i miodzie.

Co gorsza, niektóre szczepy patogenów pszczół już się uodporniły na często stosowane substancje. To sytuacja podobna do tej, z jaką mierzy się medycyna ludzka: im intensywniej polegamy na syntetycznych antybiotykach, tym szybciej bakcyle uczą się z nimi żyć.

W tej sytuacji coraz poważniej traktuje się pomysł wprowadzenia do uli zestandaryzowanych, pożytecznych bakterii, zgodnych z lokalną florą. Możliwe ścieżki to m.in. dodawanie wyselekcjonowanych szczepów do pokarmu podkarmiającego, zaszczepianie nimi pyłku podawanego rodzinom czy formułowanie biodegradowalnych „plastrów startowych” z gotowym mikrobiomem ochronnym.

Idea polega na tym, aby wzmocnić naturalne mechanizmy obronne ula zamiast zastępować je kolejną substancją chemiczną z etykietą „środek ochrony”.

Korzyści wykraczające daleko poza pasiekę

Te same Streptomyces, które pomagają larwom pszczół, mogą jednocześnie służyć jako biologiczna osłona upraw. Oprysk lub zaprawa nasion zawierająca pożyteczne endofity z pyłku miałaby szansę ograniczyć rozwój kilku groźnych chorób na raz, bez sięgania po ciężką chemię.

Dla rolników oznacza to mniejsze ryzyko strat, dla konsumentów – potencjalnie niższą zawartość pozostałości pestycydów w żywności, a dla pszczelarzy – mniej toksyczne środowisko pracy ich owadów. Wszystkie te efekty wzajemnie się wzmacniają: im mniej syntetycznych środków w krajobrazie, tym łatwiej zachować stabilny, bogaty mikrobiom w pyłku, glebie i samych roślinach.

Co z tego wynika dla zwykłych ludzi i decydentów

Choć badania nad bakteriami z pyłku wciąż trwają, już teraz widać kilka bardzo praktycznych wniosków. Część z nich można wdrożyć bez zaawansowanej biotechnologii i skomplikowanych regulacji.

• Sianie kwietnych miedz, pasów przydrożnych i ogrodów pełnych różnych gatunków wzbogaca mikrobiom pyłku i wspiera zdrowie zapylaczy.
• Ograniczenie monokultur na dużych przestrzeniach zmniejsza ryzyko „wyjałowienia” bakteryjnych sojuszników pszczół.
• Wspieranie programów badawczych nad biopreparatami opartymi na Streptomyces może w przyszłości dać rolnikom i pszczelarzom realną alternatywę dla części antybiotyków i pestycydów.

Naukowcy podkreślają też, że mikroorganizmy z pyłku to nie tylko temat dla specjalistycznych czasopism. To dość czytelny przykład, jak bardzo nasze modele rolnictwa ingerują w sieć powiązań między roślinami, bakteriami i owadami. Każde uproszczenie krajobrazu, każda kolejna monokultura i każda zbędna dawka pestycydu uderza w tę sieć w kilku miejscach naraz.

Dla samych pszczelarzy informacja o ochronnej roli mikrobiomu pyłku może stać się impulsem do zmiany praktyk. Przestawienie pasieki bliżej różnorodnych siedlisk, obsiewanie nieużytków mieszankami kwiatowymi czy ostrożniejsze sięganie po antybiotyki to decyzje, które realnie wpływają na odporność rodzin. A każdy silniejszy ul to nie tylko więcej miodu, ale także stabilniejsze zbiory w okolicznych gospodarstwach.